Hidrología Subterránea Marta del Carmen PARIS, Ing. Mag Mónica Patricia D´ELIA, Ing. Mag. Facultad de Ciencias Agrarias Universidad Nacional de Cuyo Maestría.

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1 Hidrología Subterránea Marta del Carmen PARIS, Ing. Mag Mónica Patricia D´ELIA, Ing. Mag. Facultad de Ciencias Agrarias Universidad Nacional de Cuyo Maestría en Riego y Drenaje

2 Características químicas Funciones de Entrada Funciones de Salida   Continente=Geología Contenido=Fluido Procesos

3 Calidad Natural –la litología –la velocidad de circulación –la calidad del agua de infiltración –las relaciones con otras aguas o acuíferos –y las leyes del movimiento de sustancias transportadas por el agua.

4 Composición química del agua En un agua subterránea natural, la mayoría de las sustancias disueltas se encuentran en estado iónico. De acuerdo a la composición química, es decir a las relaciones de masa, se diferencian iones principales, elementos menores y elementos traza.

5 Dentro de los iones principales los fundamentales son: Aniones: cloruro (Cl - ), sulfato (SO4 = ), bicarbonato (CO3H - ) y en menor escala nitrato (NO3 = ) y carbonato (CO3 = ) Cationes: sodio (Na + ), calcio (Ca ++ ) y magnesio (Mg ++ ) y en menor proporción potasio (K + ) y a veces el hierro (Fe ++ ).

6 Los elementos menores se encuentran por lo general formando menos del 1 % del contenido iónico total. Los más importantes son: fluoruro (Fl - ), bromuro (Br - ), iones derivados del boro, sulfuro y gas sulfhídrico y fosfato, en la rama aniónica y, manganeso (Mn), amonio (NH4) y amoníaco disuelto (NH3), estroncio, litio (Li), iones derivados del aluminio (Al) y uranilo, en la rama catiónica.

7 Los elementos traza se definen como aquellos que, aunque presentes, están por lo general en pequeñas cantidades. Entre ellos los iones metálicos o metales pesados derivados de: arsénico (Ar), antimonio (Sb), cromo (Cr), plomo (Pb), cobre (Cu), zinc (Z), bario (Ba), vanadio (V), mercurio (Hg), uranio (U), etc..

8 Características físicas Temperatura En general, muy poco variable, respondiendo a la temperatura atmosférica media anual del lugar. Se incrementa 1  C cada 33 metros de profundidad (gradiente geotérmico). Debe representar la temperatura del acuífero y no la del interior de la captación.

9 Conductividad eléctrica Expresa la capacidad del agua para conducir electricidad que es directamente proporcional a la salinidad. Dado que varía según la temperatura debe tomarse un valor térmico de referencia (20  C, o el que establezca las normas de contraste).

10 Densidad Es la relación entre la masa y volumen. Es de fundamental interés en estudio de interface agua dulce-salada. Organolépticas Color, turbiedad, sabor, olor.

11 Características físico- químicas pH Se define como el cologaritmo de la concentración de hidrogeniones. Su valor determina la acidez o alcalinidad del agua, de acuerdo a su valor por debajo o encima del pH de equilibrio (valor 7). Esto tiene influencia en el sabor del agua, en su acción corrosiva o incrustante, en la eficiencia bactericida del cloro, entre otros.

12 Residuo seco Es el peso de los materiales resultantes de la evaporación de la muestra de agua y de su secado posterior a una temperatura definida (110 oC). Alcalinidad Es la capacidad de un agua para neutralizar ácidos. Se debe principalmente a la presencia de carbonato ácido y carbonatos, y con menor frecuencia a iones hidróxidos.

13 Dureza Mide la capacidad de un agua para consumir jabón o producir incrustaciones. Existen diferentes maneras de medirla pero la más difundida y ampliamente normatizada es la Dureza total(Dt) que expresa la totalidad de sales de Ca y Mg disueltas en agua, expresadas en CO3Ca. DBO Demanda bioquímica de oxígeno.

14 Toma de muestras

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16 Comprobaciones Una vez obtenidos los resultados de los análisis químicos, se debe realizar una serie de comprobaciones para determinar la bondad de los mismos. Una de las comprobaciones más simples consiste en verificar que la sumatoria de los meq/l de aniones sea aproximadamente igual a la sumatoria de los meq/l de cationes.  aniones   cationes

17 Una manera un poco más estricta de calcular el error es a través del porcentaje de error: error [%] = 200 * (  cationes -  aniones)/ (  cationes +  aniones)

18 Custodio y Llamas (1976), a título de referencia, indican que este error admisible es función de la conductividad de la muestra de agua y puede variar entre un 4 y un 30 % cuando la conductividad eléctrica varía entre 2000 y 50  S/cm, respectivamente. C.E (  S/cm)502005002000>2000 Error %30 10 8 4 4

19 Si un análisis tiene un error prácticamente nulo es sospechoso de haber sido arreglado o alguno de sus elementos calculado por diferencia.

20 Metodología Caracterización conceptual previa de los datos Estadísticos

21 Metodología Caracterización conceptual previa de los datos Distribución de frecuencias y de probabilidad Intervalo de clase Frecuenci a absoluta Frecuencia absoluta acumulada Frecuencia experimental Parcial (%) Frecuencia experimental Acumulada (%) 2.0 – 3.0112.22 3.0 – 4.0010.002.22 4.0 – 5.0101122.2224.44 5.0 – 6.0132428.8853.33 6.0 – 7.0133728.8882.22 7.0 –8.02394.4486.66 8.0 – 9.054411.1197.78 9.0 – 10.01452.22100.00

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23 Metodología Caracterización conceptual previa de los datos Distribución de frecuencias y de probabilidad

24 Metodología A nálisis Estadístico Multivariado EstadísticoVariable AVariable B Tamaño muestra42 Media5.93 Mediana5.855.90 Modo5-75-6 Mínimo2.104.50 Máximo9.108.80 Cuartil inferior4.995.50 Cuartil superior6.406.10 Rango7.004.30 Rango intercuartil1.410.60 Varianza1.950.79 Desvío1.420.89 Asimetría0.351.22 Curtosis1.112.77

25 Metodología A nálisis Estadístico Multivariado

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27 Metodología Caracterización conceptual previa de los datos Estructura de variación de las variables (en espacio y/o tiempo) Mapas

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34 Debe tenerse muy en cuenta la cotemporaneidad de los datos que permiten definir las curvas.

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36 Fuente: Auge, 2004

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38 CE CO3H SO4

39 Metodología Caracterización conceptual previa de los datos Estructura de variación de las variables (en espacio y/o tiempo) Diagramas de evolución temporal

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42 Indices hidrogeoquímicos Dentro de los índices hidrogeoquímicos, son de interés el índice de cambio de bases (icb) y el índice de desequilibrio (idd).

43 El icb revela la existencia de fenómenos de intercambio iónico entre el Na y K por un lado y el Ca y Mg por otro. Su valor estará más próximo a 0 cuando estos cambios se verifiquen con menor intensidad. Cuando hay intercambio de Na y K por Ca y Mg, el icb será (+). Si se verifica lo inverso, el icb será (-) y en consecuencia conviene utilizar el idd.

44 Representaciones gráficas El manejo y estudio de los análisis químicos resultantes de un estudio particular puede verse simplificado con el empleo de representaciones gráficas. Las mismas pueden poner de relieve variaciones temporales, variaciones espaciales, resaltar las relaciones entre los iones de una misma muestra y/o comparar la composición iónica de las muestras de agua.

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46 Clasificación de las aguas subterráneas Existen clasificaciones simples que proporcionan sólo información global orientada a los distintos usos del agua, en general basadas en el análisis de un elemento en particular; y clasificaciones geoquímicas, que brindan información de carácter geoquímico, trabajando de manera conjunta con todos los iones, y definiendo agrupaciones con determinadas características.

47 Clasificaciones simples a) por residuo seco: 1) agua dulce0 a 2000 mg/l 2) agua salobrehasta 5000 mg/l 3) agua saladahasta 40000 mg/l 4) salmuerahasta saturación b) por la dureza: 1) blanda0 a 50 mg/l CO3Ca 2) algo durahasta 100 mg/l CO3Ca 3) durahasta 200 mg/l CO3Ca 4) muy durahasta saturación

48 c) por propiedades destacadas: Selenitosa500 a 600 mg/l SO4 Ferruginosasi precipita óxido de Fe en contaco con el aire Carbónicasi desprende burbujas de CO2 a temperatura y presión ambiente Líticasi se puede medir el Litio

49 Clasificaciones geoquímicas a) por iones dominantes: Se nombra al agua por el anión o catión que sobrepasa el 50 % de sus sumas respectivas. Si ninguno supera este porcentaje, se nombran los más abundantes. Se suele indicar también algún ión de menor contenido. A cada posible ordenamiento (de aniones y cationes) se le asigna un número y una letra, tal como se indica a continuación:

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51 b) clasificación de Schoeller: Fue propuesta en 1955. Tiene en cuenta los valores absolutos de las concentraciones de cada ión y diversos caracteres con su correspondiente orden jerárquico. Distingue tres aspectos:

52 1 - Concentración de aniones fundamentales: Concentración de cloruros 1Hipercloruradas> 700 2Clorohalásicas700 a 420 3cloruradas fuertes420 a 140 4cloruradas medias140 a 40 5Oligocloruradas40 a 15 6cloruradas normales< 10 Concentración de sulfatos 1hipersulfatadas> 58 2sulfatadas58 a 24 3oligosulfatadas24 a 6 4sulfatadas normales< 6 Concentración de bicarbonatos 1hipercarbonatadas> 7 2carbonatadas normales7 a 2 3hipocarbonatadas< 2

53 2 - Relación entre iones

54 3 - Importancia iónica Para anionesPara cationes 1 - Cl > SO4 > CO3Ha - Na+K > Mg > Ca 2 - Cl > CO3H > SO4b - Na+K > Ca > Mg 3 - SO4 > CO3H > Clc - Mg > Na+K > Ca 4 - SO4 > Cl > CO3Hd - Mg > Ca > Na+K 5 - CO3H > Cl > SO4e - Ca > Na+K > Mg 6 - CO3H > SO4 > Clf - Ca > Mg > Na+K

55 c) clasificación de Piper-Hill:

56 Aptitudes Luego de realizar la clasificación de las muestras de agua se procede a determinar su aptitud para distintos usos: humano, industrial, agrícola, etc. Para ello deben contrastarse los resultados con los límites jurisdiccionales vigentes sean internacionales, nacionales, provinciales o municipales o bien también sobre la base de los estandares establecidos por la Organización Mundial de la Salud, EPA y otros organismos internacionales.

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58 Características hidroquímicas Suelos

59 Valores elevados de pH, iones principales y elementos menores, especialmente en la cava chica Características hidroquímicas Aguas superficiales

60 Características hidroquímicas Aguas de irrigación

61 Sedimentos

62 TENER EN CUENTA ¿Para qué se mide? ¿Quién mide? ¿Qué se mide? ¿Dónde se mide? ¿Cuándo se mide y con qué frecuencia? ¿Con qué se mide?

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64 De ello dependerán las interpretaciones y por ende las conclusiones que se obtengan.

65 Y la eficacia de las soluciones que se propongan...

66 Todo ello contribuirá a definir el modelo conceptual de funcionamiento del sistema acuífero.